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盾叶薯蓣研究进展及前景展望 摘要 本文对盾叶薯蓣的植物学特性、资源概况、化学成分、有效成分薯蓣皂苷元的提取方法、药理作用、前景展望多角度对盾叶薯蓣进行综述。笔者发现在陕南地区，种植培养盾叶薯蓣有很大的经济价值，前景十分可观。但要有一定的规模和合理培植方法，还需要一定的时间。关键词 盾叶薯蓣；研究进展；前景展望盾叶薯蓣(Dioscorea zingiberensis C.H Wright)，俗称黄姜，隶属于薯蓣科薯蓣属（Dioscorea .L.），为多年生缠绕草质藤本植物，为我国特有种。该属植物的根状茎中含有丰富的薯蓣皂苷元（Diosenin），是重要的甾体激素类药源植物，目前已合成可的松、冠心宁、地奥心血康、双烯等多种激素类药物。我国有薯蓣科植物近60种，其中盾叶薯蓣皂苷元含量最高，在1.10 % 16.5 %之间。盾叶薯蓣由于其皂苷元含量高为我国主要药源植物，也是世界上薯蓣皂苷元含量高的资源植物之一1。1 植物学特性盾叶薯蓣为多年生草质缠绕藤本植物。茎左旋，无毛，有时在分支或叶柄的基部微凸起或有短刺。单叶互生，叶片三角状卵形、心形、或箭形，通常3浅裂至3深裂，两面无毛，表面绿色，常有不规则条斑，边缘浅波状，基部心形或截形。花雌雄异株，稀同株；雄花序穗状，无梗，23朵簇生，每簇花仅1或2朵发育，花被片6，紫红色，雄蕊6枚，全部发育；雄花序总状穗状。蒴果长宽近相等，干后蓝黑色，表面常有白粉。种子栗褐色，生于中轴中部，周围有薄膜状翅。花期58月，果期910月，生于溪流两侧山谷林边或灌木丛中。产于河南、湖北、湖南、陕西、甘肃、四川。秋季采挖，晒干，根茎近圆柱形，指状或不规则分枝，新鲜时外皮棕褐色，干后除去须根常留有点状痕迹。分枝长短不一，直径1.53cm。表面褐色，粗糙，有明显纵皱纹和白色圆点状根痕。质较硬，粉质，断面桔黄色2。2 资源概况2.1 地理分布根据袁晓颖等3对野生盾叶薯蓣资源调查，将其划分为两个区：I秦巴武当区，此处植被是我国亚热带常绿林-落叶阔叶混交林地带。II西南中南区，从云南西北部的国界线向东延伸至湖南部分地区，该范围植被类型多为亚热带山地酸性黄壤常绿阔叶树-落叶阔叶树混交林及亚热带常绿阔叶林。盾叶薯蓣垂直分布在海拔1001500米的河谷、山地、落叶阔叶混交林的边缘或稀疏的常绿灌木林内。我国湖北西北部的武当山地区和陕西东南部的安康、石泉一带分布的盾叶薯蓣所含皂素较高，其中以安康石泉样品含量最为高。2.2 生长环境盾叶薯蓣的生长范围较广，从海拔1001000米以上均有分布，但其数量和生长发育情况因生态环境的不同而差异显著。海拔较高的山区昼夜温差大，有利于根中的营养积累，皂素含量高。位于500700米海拔范围的居群皂苷元含量相对较高。盾叶薯蓣为半阳性植物，需要满足其光照，全年日照数需17502000小时，平均每天日照5小时左右。盾叶薯蓣较喜温暖环境，不耐严寒，最适生长温度为2025，皂素合成与积累的最适年降水量为850mm4。2.3 野生资源据不完全统计，20世纪70年代中期80年代初期我国野生盾叶薯蓣蕴藏总量在5000万kg以上。20世纪80年代中期以后，随着市场需求量的不断增加，野生资源蕴藏量开始下降，尤其近10年来资源递减量最为剧烈，估计目前我国野生盾叶薯蓣资源蕴藏量仅有200万kg左右。在产区调查发现，近年来皂素生产厂家为了争夺药材原料竞相抬价抢购的现象十分严重，导致产区掠夺式乱采滥挖，其生态环境遭到严重破坏，野生资源匮乏。如主产区大巴山的万源、宣汉、城口及巫溪县，20世纪在20年代初期野生盾叶薯蓣年产量达200万kg，目前年产量不到30万kg；重庆南川等地因连年大量采挖，目前野生植株数量不足2000株5。3 化学成分盾叶薯蓣的根状茎含1.1%16.15% 的薯蓣皂苷元、45%左右的淀粉、40%的纤维素以及一些水溶性甙类、生物碱类、黄酮甙类、强心甙类、生物碱单宁、色素等化学成分6。刘建本等7进行了盾叶薯蓣根茎中色素的提取和性质研究，结果表明薯蓣色素具有对紫外线较强的吸收作用，耐热、耐光性能良好，Fe3+、Cu2+、Hg2+3 种金属离子对色素均有一定的增色作用,酸碱对色素的影响较大等性质，为综合利用提供了一条新途径。薯蓣皂苷包括糖和苷元两部分。为了对皂苷进行定位，郭永兵8等将盾叶薯蓣根茎分为5个区段，对其薯蓣皂苷元的分布进行研究发现，嫩茎顶端的薯蓣皂苷元含量最高，抽茎区段次之，接着是嫩茎区段，其后为老茎区段和底层区段，须根及地上茎基部段的含量很低。薯蓣皂苷元（diosgenin）又名皂素。它是目前世界上合成300多种甾体激素和避孕药的原料。刘承来9等用薄层层析法(不同展开剂)、纸层析法对盾叶薯蓣进行了分离提取，结果在根状茎中分离出两种水不溶性三糖皂苷和两种水溶性四糖皂苷，用乙酰化、酸水解、酶解、克分子旋光差计算以及红外光谱、质谱、氢谱、碳谱等方法进行分析鉴定，分别为表-拔葜皂苷元（epismilagenin）、延龄草次苷(trillin),结构为3-O-(-D-葡萄吡喃糖)薯蓣皂苷元3-O-(-D-glucopyromosyl)-diosgenin、薯蓣皂苷元双葡萄糖苷(diosgenin-diglucoside),结构为3-0-D-葡萄吡喃糖(14)-D-葡萄吡喃糖一薯蓣皂苷元3-O-D-glucopyranosyl(14)-D-glucopyranosyl-diosgenin 、纤细皂苷（gracillin），结构为3-O-D -葡萄吡喃糖(13)-a-L-鼠李吡喃糖(12)- -D-葡萄吡喃糖一薯蓣皂苷元3-O-D-glucopyranosyl(13)-a-L-rhamnopynosyl(12)-D-glucopyranosyl-diosgenin）4个甾体化合物，据其化学结构推测为次级皂苷。盾叶薯蓣标本为了研究盾叶薯蓣的原始皂苷，探索其活性，1985年他们又对10鲜根茎的甲醇提取物经干柱法分离得到薯蓣皂苷元棕榈酸酯（diosgenin palmitate）、-谷甾醇（-sitosterol）、纤细皂苷(gracillin)、原纤细皂苷(protogracillin)和原盾叶皂苷 (protozingiberensissaponin)5种甾体类物质，其中原盾叶皂苷为一新发现的化合物，鉴定2种原皂苷的结构分别为3-O-D-葡萄吡喃糖(13)-a-L-鼠李吡喃糖(12)-D-葡萄吡喃糖-26-O-D-葡萄吡喃糖-薯蓣皂苷元与3-O-a-L-鼠李吡喃糖(13)-D-葡萄吡喃糖(12)-D-葡萄吡喃糖-26-O-D-葡萄吡喃糖-薯蓣皂苷元3-O-a-L-rhamnopynosyl(13)-D-glucopyranosyl(12)- D-glucopyranosyl-26-O-D-glucopyranosyl-diosgenin。唐世蓉11等从盾叶薯蓣根中分得两种水不溶性三糖皂苷（A和B）以及两种水溶性四糖皂苷（C和D）。A为新皂苷，暂定名盾叶皂苷A（zingiberenin A），结构为薯蓣皂苷元-3-O-D-葡萄吡喃糖(12)-O-a-L-鼠李吡喃糖(13)-O-D-葡萄吡喃糖苷、B为纤细皂苷异构物、C为原盾叶皂苷A（protozingiberenin A）、D为原盾叶皂苷B(protozingiberenin B)。唐世蓉，姜志东12用盾叶薯蓣地上部分经提取、脱色、硅胶柱层析及反向柱层析分离得到盾叶皂苷A1、A2、A3 （zingiberoside A1 ，A 2 ，A 3）和叉蕊皂苷IV4种主要含雅姆皂苷元的皂苷，前三种为新化合物，分别为雅姆皂苷元-3-O-a-L-鼠李吡喃糖(12)-D-葡萄吡喃糖苷、羟基雅姆皂苷元-3-O-a-L-鼠李吡喃糖(12)-D-葡萄吡喃糖苷、雅姆皂苷元-3-O-a-L-鼠李吡喃糖(12)-D-葡萄吡喃糖(14)-D-葡萄吡喃糖苷，其中盾叶皂苷A2 的苷元为一新甾体皂苷元，命名为盾叶皂苷元（zingiberogenin）。第四种为雅姆皂苷元-3-O-a-L-鼠李吡喃糖(12)-D-葡萄吡喃糖(13)-D-葡萄吡喃糖苷。这与地下部分主要含有薯蓣皂苷元的皂苷情况不同。4 薯蓣皂苷元提取4.1 直接酸水解法酸水解是使甙键断裂生成苷元和糖。传统的提取薯蓣皂苷元的方法是直接将盾叶薯蓣根茎用硫酸水解成苷元，然后用有机溶剂提取薯蓣皂苷元。郭文松等13报道，用盐酸作为水解酸比硫酸好，工艺简单，效果差异不大，缺点是盐酸对不锈钢设备有严重腐蚀。4.2 两相溶剂水解法在酸水体系中，加入与水不相溶的溶剂，形成新的两相溶剂体系，可避免皂苷及皂苷元脱水而使皂苷元含量降低，品质下降。都述虎14研究发现，在有与水不相溶的溶剂存在条件下的酸水解，薯蓣皂苷元含量明显提高，并且选择石油醚作为与水不相溶溶剂，来提高薯蓣皂苷元的含量与收率。此方法适用于小规模生产或实验室研究。4.3 自然发酵法因为盾叶薯蓣直接水解时，大量的纤维素与淀粉有干扰作用，造成皂素收率低。王元兰15在盾叶薯蓣酸水解前先用去离子水浸湿，39恒温发酵后高压硫酸水解，最佳条件为发酵48h后水解4h，用石油醚抽提，抽提物的pH值洗涤至中性，回流速度控制在25min/次，提取率较高。这种自然发酵法，由于操作简单，大多数厂家都正采用。4.4 超临界流体萃取法超临界流体是指处于超过本身的临界温度和临界压力状态时的流体。最早De C M等16建立了从植物中提取薯蓣皂苷元的超临界萃取方法。后来葛发欢等17报道用CO2超临界萃取法从黄山药中提取薯蓣皂苷元的研究，确定了最佳条件。此法同样适合于盾叶薯蓣，可用于新方法的研究，但工业生产上不适用。5 药理作用薯蓣皂苷（dioscin,D）是甾体总皂苷的一种，在薯蓣科植物中含量最为丰富。中医学认为薯蓣科植物具有“活血舒筋，消食利水，祛痰，截虐”的功效18，现代研究证实其具有抗肿瘤、改善心血管功能。调节免疫、抗血小板聚集、降血脂等多种药理作用，同时也是目前合成各种甾体激素类药物的重要原料。因此，含此类成分生药的应用前景十分广阔，是备受关注的天然化合物之一19。5.1 抗肿瘤作用薯蓣皂苷可以通过抑制瘤细胞分裂、增值，诱导瘤细胞分化、凋亡，增强抑癌基因表达等途径来抑制肿瘤的生长，从而延缓肿瘤的进展速度，提高肿瘤患者的生存率和生活质量。5.2 对心血管系统的作用薯蓣皂苷还能够通过不同途径改善心肌损伤，保护心肌细胞的抗氧化作用，减轻心肌细胞钙超载，保护缺氧心肌作用。5.3 调节免疫作用薯蓣皂苷能通过不同途径调剂机体免疫，对体液免疫和细胞免疫均有着明显的调节作用。5.4 其他作用研究证实，除以上作用以外，薯蓣皂苷还有抗血小板凝集、降血脂、抗炎镇痛、化痰止咳平喘、抑制平滑肌收缩抗变态反应等作用。新研究表明，适量浓度薯蓣皂苷元可促进成骨细胞的增值、分化及抑制破骨细胞的形成，进而预防和治疗骨质疏松20。6 前景展望自20世纪90年代以来，国际市场甾体激素药物销售额每年以4.3%8%递增，与此同步，全球对皂素的需求量约3000吨，我国约1200吨。2001年我国皂素生产量约为900吨，出口200吨，国内供求缺口300吨。80年代末，皂素价格18万元/吨，90年代中期，皂素吨价格40万45万元，2005年皂素价格接近49万元/吨。目前，能提取甾体激素药物的植物皂素主要有3大类，即薯蓣皂素、剑麻皂素、番麻皂素，尤以薯蓣皂素为主。薯蓣属植物有较强的地理位置要求，在全世界的分布范围不广，产地主要集中在中国和墨西哥。而中国主要集中在湖北、湖南、陕西、四川、云南、贵州等地，最佳适宜生长区面积不大。入世后，用盾叶薯蓣加工的皂素出口量将大增，一是由于中国盾叶薯蓣的原料成本较低，是中国皂素在国际市场上很有竞争力；二是国外的盾叶薯蓣最佳适生区也不多，主要集中在墨西哥，故中国皂素有很强的出口潜力。因此，薯蓣属药用植物资源的充分利用与开发有着广阔的市场前景21。7 小结通过以上对盾叶薯蓣的植物学特性、资源概况、化学成分、有效成分薯蓣皂苷元的提取方法、药理作用、前景展望多角度对盾叶薯蓣进行综述后。笔者发现，盾叶薯蓣作为甾体皂苷的主要提取物，又因为特殊的生境要求，在陕南地区种植培养有很大的经济价值，前景十分可观。但要想获得一定的规模和优质的资源，必须进行一定面积的盾叶薯蓣种植以及相关技术人员进行合理培植，这还需要一定的时间。1 丁志遵, 唐世蓉, 秦慧贞, 等. 甾体激素药源植物M. 北京科学出版社, 1983.2 中国科学院中国植物志编辑委员会. 中国植物志M. 北京科学出版社, 1990, 17.3 袁晓颖, 祖元刚, 于景华, 等. 野生盾叶薯蓣资源储精度估算植物研究J. 植物研究, 2003, 23(1): 103-105.4 昝丽霞, 孙文基, 张湛睿. 盾叶薯蓣的生态分布及化学成分研究进展J. 西北药学杂志, 2005, 20(3): 138-139.5 秦松云, 丁季春, 舒抒, 等. 中国盾叶薯蓣资源现状及保护对策J. 资源开发与市场, 2004, 20(4).6 秦天才, 张友德, 张君芝. The current conditions of Dioscorea zingiberensis resources and their exploitative utilization in Hubei provinceJ. Natural Resources(自然资源), 1996, 3: 58-62(in chinese).7 刘建本, 覃事栋, 阎中军, 等. Extraction of yellow pigment from Dioscorea and zingiberensis and its stabilityJ.Journal of Jishou University(Nat,sci.)(吉首大学学报)(自然科学版), 2000, 21(3): 17-19(in chineses).8 郭永兵, 张友德. 盾叶薯蓣根茎中薯蓣皂苷元的分布J. 湖北农业科学. 2002(5): 160-170.9 刘承来, 陈延镛, 唐易芳, 等. 盾叶薯蓣种甾体皂苷的分离与鉴定J. 植物学报, 1984, 26(3): 283-289.10 刘承来, 陈延镛. 鲜盾叶薯蓣中甾体皂苷的分离与鉴定J. 植物学报, 1985, 27(1):68-74.11 唐世荣, 吴余芬, 庞自洁. 盾叶薯蓣种甾体皂苷的分离与鉴定J. 植物学报, 1983, 25(6): 556-562.12 唐世荣, 姜志东. 盾叶薯蓣地上部分的三个新甾体皂苷J. 云南植物研究, 1987, 9(2): 233-238.13 郭文松, 刘达雯, 周训清. 薯蓣皂苷和苷元的研制J. 贵州化工, 1996, 2: 14-17.14 都述虎, 夏重道, 付铁军, 等. 穿龙薯蓣总皂苷水解条件的优化J. 中成药, 2000, 22(9): 608-610.15 王元兰. 盾叶薯蓣皂苷元提取工艺研究J. 经济林研究, 2002, 20(2): 67-68.16 De C M,Kabasakalian P,Honold FF. Extraction of compounds from plant materials using supercritical fluidsP.US: 5252729, 1993-10-12.17 葛发欢, 史庆龙, 林香仙. 超临界CO2从黄山药中萃取薯蓣皂素的工艺研究J. 中草药, 2000, 31(3): 181-183.18 江苏新医学院. 中药大辞典(下册)M.上海人民出版社, 1977: 1 726.19 张伟锋, 刘宝山. 薯蓣皂苷的药理作用研究进展J. 世界中西医结合